大千世界无奇不有，生物更是千奇百怪，动物、植物都有不少会发光的，其中比较常见的就是萤火虫，每到夏季的夜晚，它们就会在丛林或田间一闪一闪，就像一个个小天使，引起人们无限遐想。

今天，我们就来从生物学、化学、物理角度，了解一下这种小动物的发光机理。

一、萤火虫为什么会发光

简单地说，萤火虫发光是荧光素在催化下，发生的复杂生化反应，在这个反应过程中，会以光的方式释放能量。也就是说，萤火虫的光和世界上所有的光源一样，都是能量的释放。

萤火虫有2000多个品种，不同品种发光形式不同，光的颜色也不尽相同，有黄色、橙色、红色、黄绿色及绿色等多种颜色的荧光，今天就不展开说了。

具体地说，萤火虫发光的部分是其腹部的一个发光器，这个发光器由发光细胞、反射层细胞、神经与表皮细胞等组成。

光是通过透明的表皮而发出，表皮下面是一些能发光的细胞，发光细胞的下面是另一些能反射光线的细胞，可以看到其中充满着小颗粒，称为线粒体。线粒体能把身体里所吸收的养分氧化，合成某种含有能量的物质。

发光细胞里含有很多线粒体，说明它们能制造比较多的含有能量的物质。发光细胞还含有两种特别的成分：一种叫做荧光素，一种叫做荧光酶。荧光素和含能量的物质结合，在有氧气时，受荧光酶的催化作用，使化学能转化为光能，于是产生光亮。

萤火虫常常一闪一闪地发光，是因为它能控制对发光细胞的氧气供应的缘故。多线粒体，说明它们能制造比较多的含有能量的物质。

发光细胞还含有两种特别的成分：一种叫做荧光素，一种叫做荧光酶。荧光素和含能量的物质结合，在有氧气时，受荧光酶的催化作用，使化学能转化为光能，于是产生光亮。萤火虫常常一闪一闪地发光，是因为它能控制对发光细胞的氧气供应的缘故。

萤火虫发光的颜色不同，是由于它们所含的荧光素和荧光酶各不相同。萤火虫的发光有引诱异性和使同类聚集的作用，我们可以看到捉在小玻璃瓶里的萤火虫可引诱在较远处的萤火虫向小瓶飞来。有趣的是，萤火虫不但成虫能够发光，它的卵、幼虫和蛹也都能发光呢。

萤火虫发光的作用一是对自己觅食起到照明作用，二是对敌人起到恐吓和防御作用，更重要的是为了求偶而发出的信息交流。成虫在晚上会通过发出不同的光寻找伴侣，雄虫一般发光时间为0.2秒，间隔时间为2.2秒；雌虫在雄虫发光后0.5秒做出回应。

二、萤火虫发光能量从何而来？

萤火虫发光通常只会在夜间持续2个小时。荧光素每次发光，都会因为能量损失而不再发光。为了使荧光素再次发光，必须有能量。它的原理就像一个应急灯，每次用完电量，必须充电后才能再次点亮。给荧光素“充电”的化学物质是ATP。 萤火虫发光时，几乎不发热。当萤火虫停在我们手中，我们就不会被萤火虫的光灼伤。当然，萤火虫不会被自己的光烫伤，所以我们称它的光为“冷光”。因此，发光所消耗的化学能的95%以上都转化为光能。

然而，活性发光是一种能量消耗。生物的生存策略有一个基本的共同特点，即在维持正常生命活动的同时，最大限度地节约能源。因此，萤火虫的活性能量消耗和发光是其生存的重要手段。事情就是这样。萤火虫能够自由发光，即形成一种“闪光语言”来传递信息，这确实是一种重要的生存手段。

三、萤火虫发光的原因和目的

有人认为萤火虫的“闪光语言”具有求爱、交流、照明、警示、展示、调节族群等功能，但人们最清楚的是萤火虫的交配功能。萤火虫美丽的闪光，在求爱中起着重要的作用。由于不同种类萤火虫的光影、颜色、长度、间隔和频率不同，不同种类的萤火虫之间不会发生交配和繁殖，从而形成繁殖隔离，保证种群的稳定延续。

1.求偶（Courtship）

萤火虫发光是为了求偶，不同种类的萤火虫，发光的形式各不不同，不同种类之间自然形成隔离。

在萤火虫中一般只有雄虫有发光器，而雌虫无发光器或发光器不发达，所以雌雄之间发光可以相互吸引，彼此追逐，以完成求偶的目的。

2.吓唬敌人（Scare the enemy）

针对萤火虫发光的另一种说法，就是通过光亮来吓唬敌人，据科学家研究证明，萤火虫幼虫的发光对老鼠具有警示作用，而误食了萤火虫的蜥蜴会死亡。

四、萤火虫的冷光源机制带给人类的启示

冷光源的发光原理，是在电场作用下，产生的电子碰撞激发荧光材料而产生发光现象，具有优良的光学特性和较高的发光效率。总体上说，冷光源工作时基本不发热或者少发热。

萤火虫的发光特性带给人类很多启示，人们从萤火虫的发光器中成功提取了荧光素和荧光素酶，通过分析了解了其成分，再通过化学合成方法成功制备出这些物质，应用在发光设备上，大大提升了发光效率。

如日光灯、霓虹灯、液晶显示屏、LED等，都是得益于萤火虫的启发而发明出的冷光源。

当然，冷光源并不是一点热量也不会产生，只是发光效率提升了很高，比如日光灯就比白炽灯提升了35%，而LED则提升了75%。

但也有人认为，萤火虫的发光效率并没有过去认为的那么高。

日本东京大学秋山英教授领导的研究小组，通过测定发光最亮的北美萤火虫，发现其发光量最大的时候光线强度也只有体内发光物质能够发出能量的41%，这还没有日光灯的发光效率。

但日光灯还是有温度的，这是因为还有一部分能量转化成为热能。如果萤火虫发光只使用了总能量的41%，但萤火虫并没有发热，那多余的能量转化成什么了呢？看来还值得进一步研究，需要有更多的证据说话。

在动植物世界，还有许多发光生物，如海洋中有一种深海鮟鱇鱼，头上就有一个会发光的“小灯笼”；一种“月亮鱼”也会发光，有些水母也会发光；还有一些会发光的植物，如“灯草”、“鬼树”等等。

这些动物植物会发光，有的就和萤火虫一样，身体构造存在荧光素和光素酶，有的则是身体中具有某种特殊蛋白。如在发光水母的体内就有一种叫埃奎林的蛋白质，在与钙离子结合时就会放出亮光。

大自然经过几十亿年的鬼斧神工，将动植物雕琢得极其精细完美，其中的机制无比复杂。

人类科技发展到今天，对大自然的模仿还不及其万一。现代发展起来一门很重要的学科叫仿生学，就是通过弄清动植物界的各种机理，制造出更精美的工具或食物。

通过学习弄清萤火虫等动植物的发光机制，未来的光能技术也将越来越高级。